溫度檢測元件保護套管選型合理性的探討

陸亞軍

（中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100）

溫度檢測元件保護套管選型合理性的探討

陸亞軍

（中石化南京工程有限公司，江蘇南京 211100）

針對溫度檢測元件保護套管廣泛應(yīng)用于石油化工裝置的現(xiàn)狀，介紹了溫度檢測元件保護套管設(shè)計選型考慮因素。闡述了溫度檢測元件保護套管固有頻率（natural frequency）和喚醒頻率（strouhal frequency）的計算方法以及兩者之間的關(guān)系。通過實例計算描述了對溫度檢測元件保護套管選型合理性的驗證方法。

溫度檢測元件保護套管；固有頻率；喚醒頻率；共振

在石油化工裝置生產(chǎn)過程的測量和控制中，溫度是最基本的參數(shù)之一。溫度檢測可以分為接觸式和非接觸式，其中接觸式可以分為膨脹式（包括固體的膨脹即雙金屬溫度計、液體的膨脹即玻璃溫度計、氣體的膨脹即壓力式溫度計）、熱電偶、熱電阻等，非接觸式可以分為輻射式、亮度式和比色式［1］。石油化工裝置管道中的介質(zhì)絕大多數(shù)都具有一定的壓力和一定的腐蝕性，為了保證帶壓管道的密封性和防止溫度檢測元件腐蝕損壞，溫度檢測元件用于石油化工裝置管道中進行溫度檢測時，一般都配套使用溫度檢測元件保護套管。溫度檢測元件保護套管能否符合現(xiàn)場具體振動要求是影響裝置安全運行的重要因素之一。因此，對溫度檢測元件保護套管設(shè)計選型進行振動計算驗證越來越成為工程設(shè)計人員關(guān)注的焦點問題。

用于石油化工裝置中的溫度檢測元件保護套管主要為法蘭式錐形整體鉆孔保護套管，常用的安裝連接方式如圖1所示。在具體工程設(shè)計過程中，對溫度檢測元件保護套管的選型首先考慮材質(zhì)，溫度檢測元件保護套管的材質(zhì)針對具體的被測介質(zhì)根據(jù)相關(guān)的標準規(guī)定選擇，這里不再贅述；其次要考慮溫度元件保護套管的長度、壁厚、被測介質(zhì)的流速。溫度檢測要求：溫度檢測元件保護套管長度盡量的長，減少熱導誤差；壁厚盡量的薄，縮短響應(yīng)時間；被測介質(zhì)流速盡量快，縮短響應(yīng)時間。而要有足夠的強度，則要求溫度檢測元件保護套管長度盡量的短，降低沖擊力，提高固有頻率；壁厚盡量的厚，增加套管抗拉抗壓強度；被測介質(zhì)流速盡量慢，降低沖擊力，降低喚醒頻率。

圖1 安裝連接方式

根據(jù)石油化工裝置運行的實際情況分析，導致溫度檢測元件保護套管損壞的原因主要包括：被測介質(zhì)沖擊產(chǎn)生的應(yīng)力超過溫度檢測元件保護套管材料本身的允許應(yīng)力；溫度元件保護套管固有頻率和喚醒頻率接近，產(chǎn)生共振；溫度元件保護套管加工制造質(zhì)量問題。其中溫度檢測元件保護套管加工制造質(zhì)量問題可以通過探傷檢測、耐壓檢測等手段進行克服。因此，在具體的工程設(shè)計過程中，對溫度檢測元件保護套管選型是否合理進行振動計算驗證成為溫度檢測元件保護套管安全使用的關(guān)鍵。

1 固有頻率fn計算

任何有質(zhì)量的物體均有固有頻率，固有頻率與物體的密度、外形結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。溫度檢測元件保護套管固有頻率的計算公式為：

式（1）中：Kt為溫度檢測元件保護套管的結(jié)構(gòu)系數(shù)，常數(shù)；U為溫度檢測元件保護套管的插入深度，單位inch；E為溫度檢測元件保護套管在使用溫度下的彈性模量，單位psi；ρ為溫度檢測元件保護套管的材料在使用溫度下的密度，單位lb/in3。

溫度檢測元件保護套管的結(jié)構(gòu)系數(shù)Kt的取值見表1，溫度檢測元件保護套管在使用溫度下的彈性模量E的取值見表2。

表1 Kt的取值［5］

表2 E的取值（X6.9GPa）［6］

2 喚醒頻率fs計算

插入管道中的溫度檢測元件保護套管，管道中的被測介質(zhì)流過套管時會在套管后部產(chǎn)生漩渦，且漩渦沿套管兩邊以一定的頻率交替脫落，交替脫落的漩渦直接作用于套管上，套管表面壓力和切向力以相同的頻率發(fā)生規(guī)則的變化，產(chǎn)生橫向力，此時套管被迫以外力頻率振動。由此引起的振動頻率即為卡門渦流產(chǎn)生的斯屈赫（Strouhal）頻率，也稱為喚醒頻率，溫度檢測元件保護套管喚醒頻率的計算公式為：

Discussion on Reasonable Selection of Protection Sleeve for Temperature Detecting Element

Lu Ya-jun

in view of the current situation of temperature detecting element protection sleeve used widely in petrochemical plant，this paper introduces the design and selection of temperature measuring element.This paper describes the calculation method and the relationship between the natural frequency（frequency natural）and the wake frequency（frequency Strouhal）of the temperature sensing element.The verifi cation method for the rationality of the protection sleeve type selection of the temperature measuring element is described by an example calculation.

temperature detecting element protective sleeve；natural frequency；wake-up frequency；resonance

TP274

A

1003-6490（2016）07-0100-02

2016-07-12

陸亞軍（1978—），男，江蘇漣水人，高級工程師，主要研究方向為化工自動化。